진공챔버 내의 압력이 낮으면 낮을수록 기체 입자들간의 거리가 멀어지게 됩니다. 이렇게 되면 입자들간의 충돌 빈도가 줄어들게 되죠. 하나의 입자가 다른 입자랑 충돌 없이 이동할 수 있는 거리를 평균자유 행정거리(Mean Free Path: MFP)라고 합니다.
대기압 상태에서는 MFP가 굉장히 잛습니다. 대략 이백만 분의 수 센티미터 정도됩니다. 하지만 진공상태에서는 기체입자의 수가 줄어들기 때문에 이 거리가 늘어나게 됩니다.
위 표를 보면 압력에 따라 기체 입자의 수가 줄어들고 거기에 따라 MFP 가 늘어나는 걸 알 수 있습니다. (영화 그래비티를 보시면 우주에서 입자가 충격을 받으면 얼마나 빨리 날라가는지 볼 수 있습니다. 이게 바로 MFP가 엄청나기 때문입니다.)
압력에 따라 MFP를 추정할 수 있는 계산 식은 아래와 같습니다.
위 식에서 알 수 있듯이 압력(P)이 작으면 작을 수록, 거리가 커지게 됩니다. MFP는 진공챔버를 설계할 때 매우 중요한 인자입니다. 일반적으로 코팅 챔버의 경우 코팅 작업이 시작되는 진공도가 3 또는 2 x 10⁻⁵ Torr입니다. 이 경우 MFP는 250cm입니다.
여기서 진공이 왜 필요한지 한 번 더 정리하도록 하겠습니다.
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